Измеритель активной мощности Советский патент 1982 года по МПК G01R21/06 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

1

Изобретение относится к электроизмерительной технике и может быть использовано в I радиотехнике и гияр(5акусгике для измерения активной мощности в диапазоне звуковых, ультразвуковых и радиочастот.

Известен измеритель активной мощности, содержащий преобразователь тока, преобразователь напряжения, измерительный преобразователь, представляющий собой перемножитель на эффекте Холла, преобразователь измерительного сигнала с усилителем и фильтром ниэких частот, блок урравления и стрелочный индикатор 1 ,

Нед(х;татками его являются узкий частотный диапазон, ограниченный, ввиду использования в измерительном преобразователе электромагнита, единицами мегаГерц, и низкая точность, определяемая малой чувствительностью датчиков Холла и нелинейными свойствами контактов этих датчиков.

Известен также измеритель активной мощ ности, содержащий измерительный преобразо ватель, первый и второй входы которого . через преобразователи тока и напряжения пoдi

ключены к входным шинам тока и напряжения, а выход через преобразователь измеритель ного сигнала подключен к регистратору 2.

Недостатки известного устройства - низкая точность и узкий частотный диапазон.

Целью изобретения является повышение то ности и расширение частотного диапазона.

Поставленная цель достигается тем, что в измерителе активной мощности, содержащем измерительный преобразователв, первый и второй входы которого через преобразователи тока и напряжения подключены к Bxofr ным шинам тока и напряжения, а выход через преобразователь измерительного сигнала подключен к регистратору, измерительный прео& разователь состоит из полевого транзистора, делителя напряжения, преобразователя напряжение - ток, корр)ектора, аналогового сумматора и фильтра низкой частоты, причем затвор полевого транзистора через включенные последовательно аналоговый сумматор и корректор подключен к первому входу и мерительного преобразователя, второй вход аналогового сумматора соединен с выходом делителя напряжения, вход которого нодключен к второму входу измерительного преобразователя и через преобразователь напряжения - ток - к стоку полевого транзи тора и входу фильтра низкой частоты, выход которого подключен к выходу измерител кого преобразователя, исток полевого транзис тора соединен с общей шиной. На чертеже представлена схема измерителя активной мощности. Измеритель активной мощности содержит преобразователь 1 напряжения, преобразовател 2 тока, преобразователь 3 измерительного си нала, регистратор 4, измерительный преобразователь 5, включающий полевой транзистор 6, аналоговый сумматор 7, корректор 8, делитель 9 напряжения, преобразователь 10 напряже1гае - ток, фильтр 11 низкой частоты Измеритель ак1тавной мощности работает следующим образом. Преобразователь 2 тока линейно преобразует входнойток IBX измерителя активной мощности во входное напряжение Uj изме рительного преобразователя 5, Преобразовател 1 напряжения линейно преобразует входное напряжение Ugx измерителя активной мощности во входное напряжение Uj измерительного преобразователя 5. Измерителып 1Й преобразователь 5 осуществляет преобразование напряжений U i и УЗ п напряжение Us измерительного сигнала в соответствии с выражением Uj KsUjUj, . где к 5 - коэффициент преобразования измер тельного преобразователя, а черта над произведением Ui и Uj означает нахождение среднего значения этого произведения, которое пропорционально активной мощности, посколь ку активная мощность . Преобразователь измерительного сигнала 3 преобразует измерительный сигнал Us в сигнзл, несущий информацию о мощности, посту пающий на вход регистратора 4, но которому производится отсчет мощности. Форма этого сигнала определяется типом регистратор При1щип работы измерительного преобразователя 5 заключается в следующем. Сопротивление канала исток-исток полевого транзистора 6 складывается из суммы сопротивлений отдельных участков канала, расположенных между вьшодами истока и стока. Величина проводимости G каждого участка канала описьтается соотношением . G GO(I - Vx). Здесь X - отношение суммы напряжения УП, приложенного к р-г -переходу транзистора на данном участке капа ля с длиной Д1, и контактной разности по 74 : тенциалов ф к сумме напряжения перекрытия Vo канала и контактной разности потенциалов, а Gq - постоянный коэффициент, имеющий размерность ч проводимости. Сопротивление АРк каждого участка канала при малых, по отношению к сумме VQ и .. значениях напряжения УП с достаточной точностью может быть аппроксимировано выражением (Яыип где Ни а - коэффициенты, величинь которых определяются технологией изготовления р п-перехода полевого транзистора 6 и зависят от напряжения смещения Vc перехода. Увеличению запирающего напряжения смещения соответствует рост величин R и о. Полевым транзистором с каналами р-типа соответствуют положительные а, а полевым транзисторам с каналом п-типа - отрицательные. Частотная зависимость а, как показывают специально выполне1шые измерения, при си|1усоидальном напряжении УЗ определяются отношением -l- -ZTtir низкочастотное значение а; частота синусоидального напряжения; постоянная времени, определяемая инерционностью процесса установления сопротивления участка канала при изменении напряжения У. Если через канал полевого транзистора 6, исток которого подключен к шине нулевого потенциала, протекает ток IK источника с большим внутренним, сопротивлением, а на затвор вместе с напряжением смещения V действует напряжение УЗ, то сопротивление любого произвольного участка канала определяется не только напряжением Us, но и напряжением U , под которым этот участок канала находится по отношению к шине нулевого потенциала. Напряжение У, представляет собой сумму напряжений зчастков канала, расположенных между истоком и рассматр№ ваемым участком канала, вызванных протеканием через канал тока i. Величина напряжения У для случаев, когда ,и у. Up определяется выражением U., JR ЗР , о де I - .расстояние, от истоков до участка анала длиной dl. При этом сопротнвле1ше лементарного участка канала равно ()dt-tR ci()dE а сопротивление всего канала между контак ми истока и стока равно «.с г-зч-п ф.- ч ОР. - ,,-|olRL | где L-длина каналЕо Напряжение между истоком и стоком пол вого транзистора равно измерительном преобразователе 5 выход ной ток iio преобразователя 10 напряжение ток, протекающий через канал полевого тран зистора 6, линейно связан с первым входным напряжением Ui, причем ijo Kjo-U. Здесь KI о - коэффициент преобразования .преобразователя напряжение - ток 10. Переменное напряжение U7, поступающее в цепь затвора транзистора 6 от аналогового сумматора 7, явлйется суммой выходного напряжения Ug корректора 8, имеющего Iкомплексный коэффициент передачи Kg KosCl + j2TrfTg), и выходного напряжения U9 делителя напряжения 9, имеющего коэф фициент передачи К9.При этом J - K9Uj + K8U2 ив соответствии с изложенным на™ пряжением исток-сток полевого транзистора равно иc-Чc 10-- ..U(K9U,-vK8U.,) у ,o,, Таким образом, напряжение исток-сток Uy,p содержит составляющую, пропорциональную и,, составляющую, пропорциональную квадрату U, и составляющую, пропорциональ нзю произведению Uj и U, которая несет информацию об измеряемой мощности. Составляющая, пропорциональная Uj, при измерении мощности в цепях, где действуют переменные напряжения, является переменным напряжением и легко может быть подавлена с помощью фильтра. Составляющая, пропорциональная квадрату (Ji, прн измерении мощ ности в цепях, где действуют синусоидальные напряжения, представляет собой сумму посто .янного напряжения и переменного напряжени с частотой, в 2 раза превыщающей частоту напряжения Uj и входного напряжения измерителя мощности UBX« Так как постоянное напряжение этой составляющей складывается с постоянным напряжением, пропорциональным измеряемой мощности, эта составляющая быть подавлена. В рассматриваемом измерительном преобразователе 5 это достигается выбором коэффициента передачи делителя напряжения 9 в соответствии с условием KQ Р вьтолнении которого,(LK,oK0U,Ui ;и не содержит составляющей, пропорциональной квадрату Uj. Подавление напряжения, пропорционального LTj в измерительном преобразователе 5 достигается с помощью введенно го в него фильтра 11 низких частот, который также обеспечивает вьвделение среднего значения напряжения Us, пропорционального произведению Uj и Ui, поступающего на вход преобразователя 3 измерительного сигнала в качестве измерительного сигнала, пропорционального активной мощности. Если постоянную времени l/g корректора 8 сделать равной постоянной времени Тг, коэффициента а, описывающего изменение сопротивления канала, а относительные температурные изменения KS -- равными относительным температурным изменениям о, но обратными им познаку, то будет обеспечены высокая равномерность коэффициента преобразования измерительного преобразователя 5 и его высокая температурная стабильность. В измерителе активной мощности за счет предлагаемого выполнения измеритель- t ного преобразователя обеспечивается расширение частотного диапазона до сотен мегаГерц и снижение погреншости до десятых долей процента, поскольку этот преобразователь не содержит электромагнита, имеет корректор частотной и температурной погреншостей, а уровень измерительного сигнала на его выходе в десятки-сотни раз превосходит уровень выходного сигнала преобразователей с датчиками Холла, .Формула изобретения Измеритель активной мощности, содержащий измерительный преобразователь, первый и второй входы которого через преобразователи тока и напряжения подключены к входным щинам тока и напряжения, а выход через преобразователь измерительного сигнала подключен к регистратору, отличающийся тем, что, с целью повыщения точности и расцшрения частотного диапазона, измерительный преобразователь состоит из полевого транзистора, делителя напряжения, преобразователя напряжение-ток, корректора, аналогового сумматора и фильтра низкой частоты, причем затвор полевого транзистора через включенные последовательно аналоговый сумматор и корректор подключен к первому входу измерительного преобразователя, второй вход аналогового сумматора СОСЛИМСН с 1Я 1ХОЛОМ ;-1СЛИТСЛЯ 7 напряжения, вход которого подключен к второму входу измерительного преобразователя и через преобразователь напряжениеток - к стоку полевого транзистора и входу фильтра низкой частоты, выход которого подключен к выходу измерительного преобразователя, исток полевого транзистора соединен с общей литой. 7 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 2550492, кл. 172-247, 1953. 2. Авторское свидетельство СССР № 718797, кл. G 01 R 21/08, 26.05.77.

7

«.

П.